Mo型超點(diǎn)陣相的Ni-Cr-W－Mo高溫合金的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及耐蝕儀基高溫合金領(lǐng)域，具體為一種添加了0.7~1.7at. %范圍Mo元 素的能夠析出Pt2Mo型超點(diǎn)陣相的Ni-化化-6.5W-Mo(at. % )合金。
【背景技術(shù)】
[0002] Ni-Cr-W系高溫合金是化工、能源工業(yè)領(lǐng)域耐高溫耐高壓熱交換管的首選備用材 料，而由于熱交換管的使用壽命要求達(dá)到60年，那么對耐熱結(jié)構(gòu)材料的蠕變等力學(xué)性能就 提出了苛刻的要求。WNi-Cr-W合金為結(jié)構(gòu)材料的烙鹽堆的工作溫度為500~800°C，該溫度 范圍恰是儀基合金中超點(diǎn)陣的析出溫度范圍。大量研究結(jié)果已表明，Ni-化(Mo)-Mo(化)合 金中超點(diǎn)陣的析出可顯著提高合金的力學(xué)性能。因此，若采用特殊方法在Ni-化-W合金中析 出超點(diǎn)陣相，則將對提升Ni-化-W系合金的服役性能有著重要的意義。
[0003] 但目前為止，對Ni -Cr-w合金中超點(diǎn)陣的析出行為的研究，國內(nèi)外鮮有報道。 Chatterjee(Sudin Chatterjee,Ajit K.Roy.Mechanism of creep deformation of alloy 230based on microstructural analyses[J].Materials Science and 化gineering A,2010，527:7893-7900.)報道了化ynes 230合金中的Pt2Mo型Ni2(Cr，W)超點(diǎn) 陣相顯著提高了其蠕變性能。但是從尺寸、形態(tài)W及衍射花樣判斷，專家們認(rèn)為的運(yùn)種所謂 的PtsMo型超點(diǎn)陣相是碳化物而并非超點(diǎn)陣相。陳楊（Chen Y，Hu R，Kou Η CH，et al.Precipitation of nanosized DO22 superlattice with high thermal stability in an Ni-Cr-W superalloy[J].Scripta Materialia,2014,76:49-52)在59.2化-20.8燈- 18.8W-1.2Mo(wt.%)合金中通過700°C/5~40小時時效處理，在基體中析出了穩(wěn)定的D022型 超點(diǎn)陣相，提高了合金的顯微硬度。雖然該論文所設(shè)及的合金成分中也包含了 Mo元素，但是 該研究并沒有提及基體中有Pt2Mo型超點(diǎn)陣相析出，更沒有發(fā)現(xiàn)Mo元素及其含量與Pt2Mo型 超點(diǎn)陣相析出之間存在著的相關(guān)性規(guī)律。西北工業(yè)大學(xué)的胡銳化U R，化eng G M，Zhang J Q,et al. First principles investigation on the stability and elastic properties of Ni2Cr(i-x)Mx(M = Nb ,Mo ,Ta ,and W)superlattices[J]. Intermetallics, 2013,33(2) :60-66.)等人利用第一性原理的方法研究了Ξ元體系Ni2Cr(i-x)Mx(M = Nb，Mo， 1'曰，胖)系列超點(diǎn)陣相和四元體系化2吐(1-扣)胖其(1 =化，抓，]/[0，冊，了曰)系列超點(diǎn)陣相，計算了 它們的形成能、結(jié)合能、彈性常數(shù)等，并分析了電子結(jié)構(gòu)和態(tài)密度。認(rèn)為，難烙合金元素均能 在不同程度上提高Ni2Cr(i-x)Mx和Ni2Cr(i-2x)WxMx超點(diǎn)陣基態(tài)下的穩(wěn)定性，但是上述文章并沒 有開展具體的合金化元素及含量對超點(diǎn)陣相析出影響的工作，沒能夠確定影響性元素及其 含量范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為能夠從Ni-Cr-W高溫合金中析出Pt2Mo型超點(diǎn)陣相，W提高合金的力學(xué)性能，本 發(fā)明提出了一種能夠析出PtsMo型超點(diǎn)陣相的Ni-化-W-Mo高溫合金。
[0005] 在析出Pt2Mo型超點(diǎn)陣相時，采用常規(guī)的真空非自耗電弧烙煉方法制備原子百分 比為Ni-25Cr-6.抓-ο. 7~1.7Mo成分的合金，經(jīng)過1200°C/24h均勻化、1260°C/0.化固溶澤 火的常規(guī)熱處理后，在490°C~570°C能夠析出5~15nm的彌散Pt2Mo型超點(diǎn)陣相。
[0006] 本發(fā)明提出的Ni-化-W-Mo高溫合金的體系為：25at. %的化、6.5at. %的W和0.7 ~1.7at.%的Mo,余量為Ni。所述的百分比均為原子百分比。
[0007] 本發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，原子百分比為Ni-25Cr-6.抓合金經(jīng)過不同溫度和時間時效熱 處理，均無法析出PtsMo型等超點(diǎn)陣相。添加微量合金化元素 Mo，其含量范圍為0.7~ 1.7at.%，合金經(jīng)過熱處理即可控制析出5~15nm的彌散Pt2Mo型超點(diǎn)陣相。在500~550°C 的時效溫度范圍內(nèi)，隨著溫度的升高及時效時間的延長，超點(diǎn)陣相的析出數(shù)量增加、顆粒尺 寸增大，時效50h后超點(diǎn)陣相逐漸達(dá)到平衡及穩(wěn)定。Mo元素及其含量范圍，是控制析出Pt2Mo 型超點(diǎn)陣相的關(guān)鍵。
[000引本發(fā)明適用于W原子百分比為Ni-25Cr-6.5W的合金為代表的Ni-Cr-W合金，具體 過程是：采用真空非自耗電弧烙煉方法制備Ni-25Cr-6.5W-0.7~1.7Mo成分的合金，經(jīng)過 1200°C/24h均勻化處理、1260°C/0.化固溶澤火處理后，將合金在500~550°C溫度范圍內(nèi)時 效處理，即可析出彌散的Pt2Mo型超點(diǎn)陣相。
[0009] 其主要原理為：儀基合金中超點(diǎn)陣的析出與合金成分及熱處理工藝有密切的關(guān) 系。熱力學(xué)計算表明，Mo元素屬于Pt2Mo型超點(diǎn)陣相穩(wěn)定化元素，如在儀基合金中加入適量 的Mo元素，可W提高Pt2Mo型超點(diǎn)陣相的固溶溫度、擴(kuò)大其存在相區(qū)。故在Ni-化-W合金中適 量添加 PtsMo型超點(diǎn)陣相穩(wěn)定化元素 Mo，并通過一定熱處理工藝，即可控制PtsMo型超點(diǎn)陣相 的析出。Pt2Mo型超點(diǎn)陣相通過誘導(dǎo)李生變形機(jī)制，使得合金在強(qiáng)度提高的同時又保持了良 好的塑性。時效后析出的Pt2Mo型超點(diǎn)陣相對原子百分比為Ni-25Cr-6.抓-1.7MO合金力學(xué) 性能的影響，如表1和表2所示。
[0010] 綜上所述，本發(fā)明通過在原子百分比為Ni-25Cr-6.抓合金中添加微量合金化元素 Mo，確定含量范圍為0.7~1.7at. %，通過常用時效熱處理工藝500~550°C/0.5~40h，能夠 在合金中控制析出納米級彌散分布的Pt2M〇型超點(diǎn)陣相。本發(fā)明適用于在不顯著降低合金 塑性及抗腐蝕性能的條件下，提高合金屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度等力學(xué)性能。
[0011] 表1為原子百分比為Ni-25Cr-6.5W-1.7Moat. %合金固溶澤火后，在550°C時效，合 金顯微硬度隨時效時間的變化。
[0012] 表1
[0013]
[0014] 表2為Ni-25Cr-6.5W-1.7Mo(at. % )合金，固溶澤火態(tài)及550°C時效20h后，合金的 拉伸性能數(shù)據(jù)。
[0015] 表2
[0016]

【附圖說明】
[0017] 圖la為原子百分比為Ni-25Cr-6.5W-1.7Mo合金550°C/40h時效處理后[100巧由的 選區(qū)電子衍射，b為對應(yīng)的暗場像。
【具體實(shí)施方式】 [001引實(shí)施例一
[0019] 本實(shí)施例是一種能夠析出PtsMo型超點(diǎn)陣相的Ni-Cr-W-Mo高溫合金。該高溫合金 中添加了 0.7~1.7at. %的Mo元素。本實(shí)施例中，體系的原子百分比為：25at. %的Cr、 6.5at. % 的W和 1.7at. % 的Mo，余量為Ni。
[0020] 所述添加有Mo元素的高溫合金能夠析出PtsMo型超點(diǎn)陣相:當(dāng)Mo含量為1.7at. % 時，采用常規(guī)的真空非自耗電弧烙煉方法制備原子百分比為Ni-25化-6.5W-1.7Mo成分的合 金，經(jīng)過1200°C/24h均勻化、1260°C/0.化固溶澤火的常規(guī)熱處理后，在490°C時效處理40h， 能夠析出5~8皿的彌散PtsMo型超點(diǎn)陣相;在550°C時效處理40h，能夠析出10~15皿的彌散 PtsMo型超點(diǎn)陣相;在570°C時效處理40h，能夠析出10~15nm的彌散PtsMo型超點(diǎn)陣相；圖la 為550°C/4化時效處理后<100〉軸的選區(qū)電子衍射，圖lb為對應(yīng)的暗場像;在490~570°C范 圍外時效，無法析出PtsMo型超點(diǎn)陣相。
[0021] 實(shí)施例二
[0022] 本實(shí)施例是一種能夠析出PtsMo型超點(diǎn)陣相的Ni-化-W-Mo高溫合金。該高溫合金 中添加了 0.7~1.7at. %的Mo元素。體系的原子百分比為：25at. %的Cr、6.5at. %的W和 1.2曰1.%的齡，余量為化。
[0023] 所述添加有Mo元素的高溫合金能夠析出PtsMo型超點(diǎn)陣相:當(dāng)Mo含量為1.2at. % 時，采用常規(guī)的真空非自耗電弧烙煉方法制備原子百分比為Ni-25Cr-6.5W-1.2Mo的合金， 經(jīng)過1200°C/24h均勻化、1260°C/0.化固溶澤火的常規(guī)熱處理后，在490°C時效處理40h，能 夠析出6~8皿的彌散PtsMo型超點(diǎn)陣相;在520°C時效處理40h，能夠析出6~9皿的彌散PtsMo 型超點(diǎn)陣相;在570°C時效處理40h，能夠析出6~10皿的彌散PtsMo型超點(diǎn)陣相;在490~570 °C范圍外時效，無法析出PtsMo型超點(diǎn)陣相。
[0024] 實(shí)施例Ξ
[0025] 本實(shí)施例是一種能夠析出PtsMo型超點(diǎn)陣相的Ni-化-W-Mo高溫合金。該高溫合金 中添加了 0.7~1.7at. %的Mo元素。體系的原子百分比為：25at. %的Cr、6.5at. %的W和 0.7曰1.%的齡，余量為化。
[0026] 所述添加有Mo元素的高溫合金能夠析出PtsMo型超點(diǎn)陣相:當(dāng)Mo含量為0.7at. % 時，采用常規(guī)的真空非自耗電弧烙煉方法制備原子百分比為Ni-25Cr-6.5W-0.7Mo的合金， 經(jīng)過1200°C/24h均勻化、1260°C/0.化固溶澤火的常規(guī)熱處理后，在490°C時效處理40h，能 夠析出5~7皿的彌散Pt2Mo型超點(diǎn)陣相;在530°C時效處理40h，能夠析出5~8皿的彌散Pt2Mo 型超點(diǎn)陣相；在570°C時效處理40h，能夠析出6~8皿的彌散Pt2Mo型超點(diǎn)陣相；在490~570 °C范圍外時效，無法析出P t 2Mo型超點(diǎn)陣相。
【主權(quán)項】
1. 一種能夠析出Pt2Mo型超點(diǎn)陣相的Ni-Cr-W-Mo高溫合金，其特征在于，該高溫合金的 體系為原子百分比為:25at. %的Cr、6.5at. %的W和0.7~1.7at. %的Mo，余量為Ni。2. 如權(quán)利要求1所述能夠析出Pt2Mo型超點(diǎn)陣相的Ni-Cr-W-Mo高溫合金，其特征在于， 在析出Pt 2Mo型超點(diǎn)陣相時，采用常規(guī)的真空非自耗電弧熔煉方法制備原子百分比為附-25Cr-6.5W-0.7~1.7Mo成分的合金，經(jīng)過1200°C/24h均勻化、1260°C/0.5h固溶淬火的常規(guī) 熱處理后，在490°C~570°C能夠析出5~15nm的彌散Pt 2Mo型超點(diǎn)陣相。
【專利摘要】一種能夠析出Pt2Mo型超點(diǎn)陣相的Ni-Cr-W－Mo高溫合金，原子百分比為：25at.％的Cr、6.5at.％的W和0.7～1.7at.％的Mo，余量為Ni。在析出Pt2Mo型超點(diǎn)陣相時，采用常規(guī)的真空非自耗電弧熔煉方法制備原子百分比為Ni-25Cr-6.5W-0.7～1.7Mo成分的合金，經(jīng)過1200℃/24h均勻化、1260℃/0.5h固溶淬火的常規(guī)熱處理后，在490℃～570℃能夠析出5～15nm的彌散Pt2Mo型超點(diǎn)陣相。本發(fā)明適用于在不顯著降低合金塑性及抗腐蝕性能的條件下，提高合金屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度等力學(xué)性能。
【IPC分類】C22C19/05, C22F1/10
【公開號】CN105543566
【申請?zhí)枴緾N201510955270
【發(fā)明人】胡銳, 張鐵邦, 李金山, 孔金濤, 鐘宏
【申請人】西北工業(yè)大學(xué)
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2015年12月18日